连载（1）：数值仿真在产品研发中的作用

在当今欧美发达国家的工业企业中，有限元分析已成为产品研发过程中一个必不可少的重要环节。CAE 工程师在校核设计方案、保证产品质量、改进产品设计、降低产品成本、提高产品强度和寿命等方面肩负重要的职责。对于一些复杂的关键部件，不经 CAE 工程师分析确认设计方案，就不能投产；如果产品因设计不当而出现质量问题，CAE 工程师也负有不可推卸的责任。

数值仿真在全球制造业的发展历程可以分为5个阶段：

（1）只使用 CAD 进行产品设计；

（2）开始使用少量的 CAE 技术；

（3）综合应用各种成熟完整的 CAE 技术，并相互融合；

（4）各种 CAE 数据的管理和重复利用；

（5）制造业的完全信息化，建立完整的 PLM （Product Lifecycle Management）系统和知识库。

在我国，虽然有些企业已经应用 CAE 技术进行产品的研发，但 CAE 所起的作用仍与发达国家存在较大的差距。在一些企业中，CAE 的作用仅仅是为产品报告增加一些美观的图片，给出一些令人复杂的分析数据和曲线，让客户或上级领导知道“这个东西我们算过了”，而在整个产品研发过程中，并没有真正把计算机仿真放在核心的地位。

这种现象的原因是多方面的，就笔者的了解，可以归纳为下列几点：

（1）“不需要”：总体来看，我国各行业的自主工业产品设计还处于初级阶段，很多产品设计工作仅仅是略微修改一下老产品的图纸，有限元分析不是必不可少的。

（2）“不了解”：有些企业大致知道可以用有限元软件来做分析计算，但对于有限元软件具体能够分析什么，并不十分了解，没有真正认识到有限元分析对企业发展的重要性。

（3）“不信任”：有些企业误以为有限元是万能的，希望它能给出任何所需要的分析结果，希望计算结果能够与工程实际 100% 地吻合。当这些过度期望落空后，就走向另一个极端，认为它百无一用，没有必要为其花费大量经费，干脆弃之不用，回到多年来已经熟悉的传统方法上，用机械手册上的公式来大致估算，产品成功与否更多地依靠老工程师的经验。

业界普遍认为，中国目前仍然非常缺乏优秀的 CAE 工程师。在高校教育过程中，缺少工程实践环节，很多教师偏向于理论研究，欠缺工程应用背景。机械、力学专业的学生尽管掌握了一定的有限元知识，走出校门后遇到工程实际问题就一筹莫展，面对复杂的模拟对象感到无从入手，所建模型或者过于简单，没有体现出模拟问题的重要特征，或者过于复杂，将大量精力和计算时间浪费在不重要的细节上。即使能够得到分析结果，也不知道该分析结果是否正确，准确度有多高、可靠性有多大。